CN217427792U - 一种定子槽内直接油冷的冷却结构及油冷电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电机技术领域，特别涉及一种定子槽内直接油冷的冷却结构及油冷电机。所述冷却结构包括至少两组定子铁芯以及配置在定子铁芯上的扁线绕组；所述定子铁芯设置有周向布置的若干定子槽，每一所述定子槽内壁上沿轴向设置有向内凸起的凸台，所述凸台将位于同一定子槽内的扁线绕组分隔开，以使得凸台中部的空隙形成贯穿定子铁芯两端面的轴向油道；还包括配置在相邻所述定子铁芯之间的导油环，所述导油环呈环状结构，其沿周向间隔设置有若干径向油道，所述径向油道与轴向油道连通。本实用新型提供的冷却结构能够使得冷却油通过径向油道和轴向油道直接进入定子槽内部对发热部件进行冷却，从而保证油冷的有效性和均匀性，提高冷却效率。

Description

一种定子槽内直接油冷的冷却结构及油冷电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，特别涉及一种定子槽内直接油冷的冷却结构及油冷电机。

背景技术

在我国大力推进新能源汽车发展的大背景之下，新能源车用驱动电机的性能面临着新的挑战。其中，提升主驱电机的扭矩/功率密度成为了工业界和学术界的研发焦点。而电机中的温升极限是限制电机扭矩/功率密度的重要因素。现有新能源汽车电机的冷却方式主要是空气冷却和水冷，存在无法直接冷却热源的问题，容易形成局部的热孤岛，因而散热效率不理想。而随着主驱电机的功率越来越大，作为直接冷却技术的油冷电机受到了越来越多的关注。因为油本身不导磁不导电的特性，因而被选择用来作为电机内部直接冷却的介质。

现有的油冷技术按照电机结构分为定子冷却和转子冷却两大类。其中，转子油冷引入了额外的转子搅油损耗，容易导致电机内部散热不均匀，影响整体冷却效果。现有的定子冷却主要针对扁线末端绕组的甩油、喷淋定子油冷的方式，如专利号CN202011562372.5公开日为2021年04月23日公开的一种油冷电机冷却系统。上述专利采用的油冷方式容易使得热量集中在定子铁芯的中段，因此无法对油冷电机的轴向中段进行有效的热管理。

实用新型内容

为解决上述现有技术中油冷无法对电机中段进行有效冷却的不足，本实用新型提供一种定子槽内直接油冷的冷却结构，包括：

至少两组定子铁芯以及配置在定子铁芯上的扁线绕组；所述定子铁芯设置有周向布置的若干定子槽，每一所述定子槽内壁上沿轴向设置有向内凸起的凸台，所述凸台将位于同一定子槽内的扁线绕组分隔开，以使得凸台中部的空隙形成贯穿定子铁芯两端面的轴向油道；

还包括配置在相邻所述定子铁芯之间的导油环，所述导油环呈环状结构，其沿周向间隔设置有若干径向油道，所述径向油道与轴向油道连通。

在一实施例中，所述导油环沿其周向还均布设有若干与定子铁芯齿槽位置对应的环齿和环槽。

在一实施例中，所述径向油道包括开口朝向导油环端面并延伸至圆周外侧所形成的径向缺口以及连通相邻环槽的横向缺口；所述横向缺口与径向缺口连通，且通过环槽与轴向油道连通。

在一实施例中，所述径向油道对称设置在对应每一环齿的两侧端面上。

在一实施例中，所述径向油道的径向缺口呈“1”型，横向缺口呈“一”型，二者形成相连通的倒T型；其中“一”型的横向缺口与凸台的位置相对应，以便横向缺口与轴向油道连通。

在一实施例中，还包括配置在定子铁芯外的油冷机壳，所述导油环的外径小于定子铁芯的外径，以使得导油环外圆周面、靠近导油环的定子铁芯端面以及油冷机壳内壁之间形成周向油道，所述周向油道与径向油道连通。

在一实施例中，所述油冷机壳上还设置有至少一组进油口和回油口，所述进油口与周向油道相连通，所述回油口设置在油冷机壳底部。

在一实施例中，还包括油泵、与油泵连接的油管以及设置在油冷机壳底部的集油盘，所述集油盘与回油口连通，所述油管通过油泵一端与进油口连通，另一端与集油盘连通。

本实用新型还提供一种油冷电机，采用如上所述的定子槽内直接油冷的冷却结构。

在一实施例中，还包括设置在油冷机壳两端的端盖、通过轴承与端盖可转动连接的转轴以及与转轴固定连接的转子铁芯；所述转子铁芯配置在定子铁芯内侧，二者之间形成气隙。

基于上述，与现有技术相比，本实用新型提供的冷却结构通过在定子槽内设置凸台以形成轴向油道，再配合导油环的径向油道，使得冷却油通过径向油道和轴向油道直接进入定子槽内部对发热部件进行冷却，从而保证油冷的有效性和均匀性，提高冷却效率。

本实用新型的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示中组件绘示的方向为基准。

图1为本实用新型提供的定子铁芯的立体图；

图2为定子铁芯的局部主视图；

图3为导油环的立体图；

图4为导油环的主视图和侧视图；

图5为本实用新型提供的冷却结构的主视图；

图6为图5中A-A的剖视及冷却油沿周向通道循环路径的示意图；

图7为图6中B-B的剖视图；

图8为图6中C的局部放大图；

图9为冷却油沿其径向通道、轴向通道冷却循环路径示意图。

附图标记：

10定子铁芯 20扁线绕组 11定子槽

12凸台 13轴向油道 30导油环

31径向油道 32环齿 33环槽

31a径向缺口 31b横向缺口 40油冷机壳

41周向油道 42进油口 43回油口

50油泵 44集油盘 60油管

70端盖 80转轴 90转子铁芯

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本实用新型不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，本实用新型所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义，不能理解为对本实用新型的限制；应进一步理解，本实用新型所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本实用新型中明确如此定义之外。

请参阅图1～4，本实用新型提供一种定子槽11内直接油冷的冷却结构，包括：至少两组定子铁芯10以及配置在定子铁芯10上的扁线绕组20；所述定子铁芯10设置有周向布置的若干定子槽11，每一所述定子槽11内壁上沿轴向设置有向内凸起的凸台12，所述凸台12将位于同一定子槽11内的扁线绕组20分隔开，以使得凸台12中部的空隙形成贯穿定子铁芯10两端面的轴向油道13。

较佳地，定子槽11内壁两侧分别对称设置有凸台12，以使得两凸台12之间的空隙形成均匀的轴向油道13，且装配时，能够有效保证同一定子槽11内的扁线绕组20被凸台12分隔开。

应当说明的是，所述凸台12并不局限于如附图所示的方形条，其截面形状可设置为三角形、梯形、弧形或其他不规则形状等。另外，所述凸台12的设置位置可根据实际定子槽11的结构进行设计，在此不做限制。较佳地，如图2所示，在可容纳8个扁线导体的定子槽11中，凸台12可设置在定子槽11中部，将扁线导体分为上下两层，上层容纳4个扁线导体，下层容纳4个扁线导体。

还包括配置在相邻所述定子铁芯10之间的导油环30，所述导油环30呈环状结构，其沿周向间隔设置有若干径向油道31，所述径向油道31与轴向油道13连通。所述径向油道31为通道结构，该通道结构从导油环30的外圆周面开槽，并连通往导油环30的两端面，再与轴向油道13连通。因此，其具体的通道结构可根据实际需求开设出合适的形状，在此不做限制。当然，本领域技术人员也可根据上述设计，采用其他能够令外接油路从导油环30连通至轴向油道13的油道结构来替代上述径向油道31的设计，其替代仍落入本实用新型的保护范围。

还应当说明的是，本设计构思是通过两组定子铁芯10与一个导油环30配置组合形成冷却结构；当然，本领域技术人员根据实际电机的需求，还可设置为三组定子铁芯10与两个导油环30配置形成冷却结构，甚至可设置为一组定子铁芯10与一个导油环30配合，以将冷却油从外接油路通过导油环30引入至定子铁芯10的轴向油道13中。

具体地，其工作原理为冷却油从外接油路进入，再通过导油环30的外圆周面进入至径向油道31中，再流经定子铁芯10的轴向油道13，从定子铁芯10的端面流出，从而达到对定子槽11内部的发热部件进行直接有效的冷却目的，无需通过甩油、喷淋等方式，冷却效率高。此外，由于扁线导体、绝缘纸和定子槽11之间存在物理间隙，有少量的冷却油会经过气隙流入转子，对转子也起冷却作用，从而实现了定子冷却为主、转子冷却为辅的双油路冷却系统，进一步提高了整个电机油冷结构的冷却效率。

优选地，所述导油环30沿其周向还均布设有若干与定子铁芯10齿槽位置对应的环齿32和环槽33。

具体实施时，如图3、4所示，所述导油环30的内表面向轴心方向延伸设置有若干环齿32、环槽33，其中环槽33与定子槽11形状和位置相同，以便于相邻两组定子铁芯10中部对应设置导油环30。装配时，通过相邻两组定子铁芯10端面抵靠在导油环30两端面的方式将导油环30固定在定子铁芯10的中部，再将扁线绕组20从定子槽11和环槽33中部穿过，以配置在定子铁芯10和导油环30上，从而保证导油环30能够对相邻两组定子铁芯10的中部进行冷却，且不影响定子组件的作用。

优选地，所述径向油道31包括开口朝向导油环30端面并延伸至圆周外侧所形成的径向缺口31a以及连通相邻环槽33的横向缺口31b；所述横向缺口31b与径向缺口31a连通，且通过环槽33与轴向油道13连通。

具体实施时，所述径向缺口31a的深度以不贯穿导油环30的环状内壁为主，所述横向缺口31b以能贯穿导游环相邻两环槽33侧壁且与径向缺口31a连通为主，从而便于冷却油通过径向缺口31a、横向缺口31b被引入至与环槽33对应的轴向油道13中。二者的具体结构根据需求设置，在此不做限制。其中，径向油道31的个数与定子槽11数相等。

优选地，所述径向油道31对称设置在对应每一环齿32的两侧端面上。不仅保证其径向油道31的冷却深度，还能对两侧端面进行同步冷却，提高冷却效率。

优选地，如图3、4所示，所述径向油道31的径向缺口31a呈“1”型，横向缺口31b呈“一”型，二者形成相连通的倒T型；其中“一”型的横向缺口31b与凸台12的位置相对应，以便横向缺口31b与轴向油道13连通。所述倒T型的径向油道31能够将冷却油从导油环30的外圆周面分两路引入至相邻定子铁芯10的轴向油道13中。

优选地，还包括配置在定子铁芯10外的油冷机壳40，所述导油环30的外径小于定子铁芯10的外径，以使得导油环30外圆周面、靠近导油环30的定子铁芯10端面以及油冷机壳40内壁之间形成周向油道41，所述周向油道41与径向油道31连通。

具体实施时，如图5～9所示，周向油道41与外接油管60连通，为径向油道31、轴向油道13提供油路来源，从而形成三维贯通的油道结构，保持冷却油在三维油道的均匀流动性。并且还能进一步对定子铁芯10的中部表面进行周向冷却，从而使槽内导体进行充分的直接冷却，进一步提升整个油冷电机的冷却效率。

作为另一种优选方案，还可在所述油冷机壳40的中部开设有周向油道41，所述周向油道41与导油环30的外圆周面位置相对应，以使得周向油道41与径向油道31相连通。同样可形成三维贯通的油道结构，保证冷却油在三维油道中的流动冷却。

优选地，所述油冷机壳40上还设置有至少一组进油口42和回油口43，所述进油口42与周向油道41相连通，所述回油口43设置在油冷机壳40底部。

具体实施时，如图7、8所示，由于导油环30设置在相邻定子铁芯10的中部且位于电机的中段，因此进油口42同样设置在油冷机壳40的中段。油冷工作时，冷却油从进油22进入，流经周向油道41、径向油道31、轴向油道13这三维油道后，从定子铁芯10的左右两端面流出，接着，由于重力作用，冷却油会流向回油口43中，进行回收，从而保证冷却油的再次冷循环利用。

优选地，还包括油泵50、与油泵50连接的油管60以及设置在油冷机壳40底部的集油盘44，所述集油盘44与回油口43连通，所述油管60通过油泵50一端与进油口42连通，另一端与集油盘44连通。

具体实施时，如图5、7、9所示，整个冷却结构通过油泵50提供循环动力，使得冷却油通过油管60从电机中部的进油口42进入，再经由周向、径向、轴向的三维油道后，从定子铁芯10的两端面流出，接着流向油冷机壳40底部的回油口43并进入集油盘44中，集油盘44中的冷却油通过油泵50作用回抽到油管60内，以用于下次的冷却循环。其中，所述集油盘44与油冷机壳40密封可拆卸或不可拆卸连接。

本实用新型还提供一种油冷电机，采用如上所述的定子槽内直接油冷的冷却结构。

相较于传统浸油式油冷电机，本方案提供的油冷电机结构、工艺简单，通过油泵提供循环动力，并通过导油环和定子槽的特殊设计形成三维油路，冷却油路可直接与槽内绕组直接接触，对发热部件进行直接冷却，从而有效提升电机冷却的效率及均匀性。

示例性，所述油冷电机还包括设置在油冷机壳40两端的端盖70、通过轴承与端盖70可转动连接的转轴80以及与转轴80固定连接的转子铁芯90；所述转子铁芯90配置在定子铁芯10内侧，二者之间形成气隙。较佳地，转子铁芯90的两端部还设置有隔磁板。

综上所述，与现有技术相比，本实用新型提供的定子槽内直接油冷的冷却结构及油冷电机具有如下优点：

一、结构、工艺简单，易于制造，成本不高；

二、从电枢中间段开始通入冷却油，将冷却油路分为前后两大段，每段油路各自独立，无相互交叉，可以对槽内扁线铜导体进行充分的直接冷却，解决油冷电机电枢中央温升过高且温度分布不均匀的问题；

三、通过油泵提供循环动力，通过导油环和特殊的定子槽型形成三维油路，使得冷却油路系统直接和槽内绕组直接接触，直接冷却电机中温度最高的部件，从而提高油冷的冷却效率，有效保证油冷电机工作时温度场的均匀性，避免热孤岛的产生；

四、冷却油流经定子槽内之后，少量的冷却油会因为存在物理间隙而流入转子铁芯中，从而形成定子冷却为主、转子冷却为辅的双油路冷却系统，能够进一步提高整个油冷系统的冷却效率。

另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本实用新型的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。

尽管本文中较多的使用了诸如定子铁芯、扁线绕组、定子槽、凸台、轴向油道、导油环、径向油道、环齿、环槽、径向缺口、横向缺口、油冷机壳、周向油道、进油口、回油口、油泵、集油盘、油管、端盖、转轴、转子铁芯等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的；本实用新型实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种定子槽内直接油冷的冷却结构，其特征在于，包括：

至少两组定子铁芯以及配置在定子铁芯上的扁线绕组；所述定子铁芯设置有周向布置的若干定子槽，每一所述定子槽内壁上沿轴向设置有向内凸起的凸台，所述凸台将位于同一定子槽内的扁线绕组分隔开，以使得凸台中部的空隙形成贯穿定子铁芯两端面的轴向油道；

还包括配置在相邻所述定子铁芯之间的导油环，所述导油环呈环状结构，其沿周向间隔设置有若干径向油道，所述径向油道与轴向油道连通。

2.根据权利要求1所述的定子槽内直接油冷的冷却结构，其特征在于：所述导油环沿其周向还均布设有若干与定子铁芯齿槽位置对应的环齿和环槽。

3.根据权利要求2所述的定子槽内直接油冷的冷却结构，其特征在于：所述径向油道包括开口朝向导油环端面并延伸至圆周外侧所形成的径向缺口以及连通相邻环槽的横向缺口；所述横向缺口与径向缺口连通，且通过环槽与轴向油道连通。

4.根据权利要求3所述的定子槽内直接油冷的冷却结构，其特征在于：所述径向油道对称设置在对应每一环齿的两侧端面上。

5.根据权利要求3所述的定子槽内直接油冷的冷却结构，其特征在于：所述径向油道的径向缺口呈“1”型，横向缺口呈“一”型，二者形成相连通的倒T型；其中“一”型的横向缺口与凸台的位置相对应，以便横向缺口与轴向油道连通。

6.根据权利要求1-5任一项所述的定子槽内直接油冷的冷却结构，其特征在于：还包括配置在定子铁芯外的油冷机壳，所述导油环的外径小于定子铁芯的外径，以使得导油环外圆周面、靠近导油环的定子铁芯端面以及油冷机壳内壁之间形成周向油道，所述周向油道与径向油道连通。

7.根据权利要求6所述的定子槽内直接油冷的冷却结构，其特征在于：所述油冷机壳上还设置有至少一组进油口和回油口，所述进油口与周向油道相连通，所述回油口设置在油冷机壳底部。

8.根据权利要求7所述的定子槽内直接油冷的冷却结构，其特征在于：还包括油泵、与油泵连接的油管以及设置在油冷机壳底部的集油盘，所述集油盘与回油口连通，所述油管通过油泵一端与进油口连通，另一端与集油盘连通。

9.一种油冷电机，其特征在于：采用如权利要求1-8任一项所述的定子槽内直接油冷的冷却结构。

10.根据权利要求9所述的油冷电机，其特征在于：还包括设置在油冷机壳两端的端盖、通过轴承与端盖可转动连接的转轴以及与转轴固定连接的转子铁芯；所述转子铁芯配置在定子铁芯内侧，二者之间形成气隙。

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